压裂液化学和支撑剂
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2.根据Roodhart(1986)的的研究， 聚乳化液对地层的伤害小，可快速清洗；
3.不足在于摩擦压力较高，液体的 费用较高；
4.不宜用于高温井；
7.6 添加剂
由于压裂液的多物质性，作业完成后，要使用各种添加剂来实现 破胶，控制液体滤失，降低地层伤害，以实现油井的最优产能。
7.6.1 交联剂
很多金属离子都可以用来交联水溶性聚合物。硼酸盐、钛、锆及 铝化合物都是常用的交联剂。 • 交联机理：
7.4.1控制酸液滤失的材料和技术
控制酸液滤失的材料和技术
wenku.baidu.com
酸液滤失添加剂控制滤失 多级前置液控制酸液滤失 胶凝酸控制酸液滤失
酸处理前使用粘性前置液 双相液体（泡沫和乳状液）控制酸液滤失
• 酸液滤失添加剂控制滤失 由于性能和费用局限，未广泛使用。
• 酸处理前使用粘性前置液
前置液造缝，同时形成滤饼作为酸液滤失的防护层； 但Nierrode和Kruk(1973)、Coulter(1976)的研究表明，由前置 液形成的滤饼很快便被由酸液滤失产生的溶蚀孔洞所穿透。
度低。其缺点在于会是胶束缔合得到破坏，温度的应用范围有限。
7.4.2控制酸反应速度的材料和技术 • 在低温自中温度的井中，延缓酸反应速度不是关键问题； • 温度高于120ºC时，延缓酸反应速度是作业成功的关键；
• 最常用的方法是在酸蚀前泵入一种粘性的非反映前置液。 • 机理—增加缝宽、冷却裂缝表面。
• 多级前置液控制酸液滤失
用胶凝前置液造缝，然后交替泵入酸液和聚合物前置液。以便让其进 入并封填由此前泵入酸液和聚合物前置液。
• 双相液体（泡沫和乳状液）控制酸液滤失 Nierrode和Kruk(1973)研究表明一种以油作为内相、以胶凝酸作
为外相的酸外相乳化液具有良好的控制酸液滤失性能。
Scherubel和Crowe(1978)及Ford(1981)也指出泡沫酸控制液体滤 失性能极佳。
• 纤维素衍生物也用于压裂液中。如羟乙基纤维素(HEC)(见下图)或羟丙基 纤维素(HPC)。
图4 羟乙基纤维素重复单元结构
• 黄胞胶是一种生物高聚物，它具有幂律流体特征。而HPG溶液则具有牛顿 流体的特征。其结构见下图：
图5 黄胞胶重复单元结构
• 不完全水解丙烯酰胺聚合物可用作降阻剂。
• 这些聚合物可在低浓度下使用---小于10lbm/1000gal。
本章内容提要
7.1 引言 7.3 油基液 7.5 多相液 7.7 支撑剂
7.2 水基液 7.4 酸基液 7.6 添加剂 7.8 施工
7.1 引言
• 压裂液主要功能--造缝、输送支撑剂。 • 还得有要求的粘度、能迅速返排，能较好控制液体滤失、泵送摩阻低，
同时还要经济可行。 • 本章论述常用压裂液和添加剂的化学性质。
7.2 水基液
• 水基液特点—价廉、性良、易于控制。 • 水溶聚合物粘度受温度的影响较大。用交联剂取而代之即可显著增加聚
合物的有效相对分子质量，还可增加溶液的粘度。（见下图）
图1 温度和不同交联剂类型对胍胶溶液的影响
• 胍胶—是最初用于稠化压裂液的聚合物之一。它是一种有甘露糖和半乳 糖组成的长链高分子聚合物。其分子结构如下图所示：
图7 胶束缔合物
• VES的分裂机制—与烃类接触和由水成液体稀释。
• VES的优点—洗井后无残渣、对地层伤害小、渗透率增加较明显、无需添 加泡沫剂。
7.3 油基液
• 发展历程： 20世纪60年代—羧酸铝盐； 20世纪70年代—铝磷酸酯盐； 如今--铝磷酸酯化学剂；
• 铝磷酸酯聚合物稠化油的机理—“缔合机理”，如下图所示：
图2 胍胶的结构
• 在生产胍胶粉的过程中，利用丙烯氧化物可得到胍胶的衍生物，即羟丙 基胍胶（HPG）。如下图：
• 羟丙基的取代作用使HPG在高温下比胍胶更稳定，故HPG更适用于高温井 （大于150ºC）
图3 羟丙基胍胶重复单元结构
• 羧甲基羟丙基胍胶(CMHPG)也是一种胍胶衍生物。这种“双重衍生”的胍 胶既含有HPG的羟丙基官能团，也含有羧酸取代基。
图8 铝磷酸酯聚合物链的假想结构
• 对于铝磷酯凝胶： 改变铝化合物和磷酸酯的用量—可控制其粘度； 增加聚合物用量—可提高其粘度；
但相应会使粘度过高，难以吸出。解决方法有2种：
1.以即泵即混的方式添加胶凝物；
2.审慎的控制溶液的组分；
7.4 酸基液
• 酸压的效果取决于酸蚀裂缝的长度。 • 酸蚀裂缝的长度取决于酸液用量、酸反应速度、酸液滤失量。 • 而影响酸有效裂缝穿透的主要原因是酸液滤失量过多。
3.大于52%，高气体浓度使气泡表面 接触。
• 若要进一步提高气泡的稳定性，可用： 1.聚合物稠化液相； 2.胍胶、HPG及黄原胶； 3.交联聚合物中的水相；
7.5.2 乳化液
• 它是两种不融和相的分散体系。 • 它是高度粘稠溶液，具有良好的传输性。 • 常用的乳化剂压裂液为聚乳化液。
1.聚乳化液由67%的碳氢化合物作内相， 33%的稠化盐水作外相；
• 胶凝酸控制酸液滤失
胶凝酸的常用稠化剂有：黄原胶生物聚合物、各种丙烯酰胺共聚物和 通过胶束缔合而稠化的酸液的某些表面活性剂。
各种稠化剂的优点和局限性： ➢ 温度大于50ºC时，胍胶和纤维素基稠化剂缺乏稳定性； ➢ 黄原胶生物聚合物可在温度高达90ºC时使用； ➢ 更高温度下，使用丙烯酰胺共聚物； ➢ 表面活性剂用作稠化剂时在剪切作用下相当稳定。同时产生的废酸的粘
7.5 多相液
7.5.1 泡沫液 应用泡沫的优点：
• 能加速支撑裂缝中液体的回收率； • 在水敏地层中泡沫液的效果明显； • 泡沫产生的假塑性液体在低渗地层中能够很好控制液体滤失。
• 评价泡沫性能用泡沫质量：
•
对于不同泡的泡沫沫质质量量：
气体体积 泡沫体积
*100
1.低于52%，没有流动阻力。
2.在52%~95%之间，泡沫长变成薄雾， 气体为连续相。
• 用粘弹性表面活性剂（VES）（如下图）与之配制可改善聚合物在高温环 境的功能。
图6 粘弹性表面活性稠化剂的分子和结构式
• VES的作用机理是：
1.将其加入水中时，它会缔合成胶束结构。（见 下图）
2.水相环境盐度适宜，胶束成杆状。
3.水相环境有足够的盐度，胶束缔合，运动受阻， 使液体既有粘性又有弹性。
3.不足在于摩擦压力较高，液体的 费用较高；
4.不宜用于高温井；
7.6 添加剂
由于压裂液的多物质性，作业完成后，要使用各种添加剂来实现 破胶，控制液体滤失，降低地层伤害，以实现油井的最优产能。
7.6.1 交联剂
很多金属离子都可以用来交联水溶性聚合物。硼酸盐、钛、锆及 铝化合物都是常用的交联剂。 • 交联机理：
7.4.1控制酸液滤失的材料和技术
控制酸液滤失的材料和技术
wenku.baidu.com
酸液滤失添加剂控制滤失 多级前置液控制酸液滤失 胶凝酸控制酸液滤失
酸处理前使用粘性前置液 双相液体（泡沫和乳状液）控制酸液滤失
• 酸液滤失添加剂控制滤失 由于性能和费用局限，未广泛使用。
• 酸处理前使用粘性前置液
前置液造缝，同时形成滤饼作为酸液滤失的防护层； 但Nierrode和Kruk(1973)、Coulter(1976)的研究表明，由前置 液形成的滤饼很快便被由酸液滤失产生的溶蚀孔洞所穿透。
度低。其缺点在于会是胶束缔合得到破坏，温度的应用范围有限。
7.4.2控制酸反应速度的材料和技术 • 在低温自中温度的井中，延缓酸反应速度不是关键问题； • 温度高于120ºC时，延缓酸反应速度是作业成功的关键；
• 最常用的方法是在酸蚀前泵入一种粘性的非反映前置液。 • 机理—增加缝宽、冷却裂缝表面。
• 多级前置液控制酸液滤失
用胶凝前置液造缝，然后交替泵入酸液和聚合物前置液。以便让其进 入并封填由此前泵入酸液和聚合物前置液。
• 双相液体（泡沫和乳状液）控制酸液滤失 Nierrode和Kruk(1973)研究表明一种以油作为内相、以胶凝酸作
为外相的酸外相乳化液具有良好的控制酸液滤失性能。
Scherubel和Crowe(1978)及Ford(1981)也指出泡沫酸控制液体滤 失性能极佳。
• 纤维素衍生物也用于压裂液中。如羟乙基纤维素(HEC)(见下图)或羟丙基 纤维素(HPC)。
图4 羟乙基纤维素重复单元结构
• 黄胞胶是一种生物高聚物，它具有幂律流体特征。而HPG溶液则具有牛顿 流体的特征。其结构见下图：
图5 黄胞胶重复单元结构
• 不完全水解丙烯酰胺聚合物可用作降阻剂。
• 这些聚合物可在低浓度下使用---小于10lbm/1000gal。
本章内容提要
7.1 引言 7.3 油基液 7.5 多相液 7.7 支撑剂
7.2 水基液 7.4 酸基液 7.6 添加剂 7.8 施工
7.1 引言
• 压裂液主要功能--造缝、输送支撑剂。 • 还得有要求的粘度、能迅速返排，能较好控制液体滤失、泵送摩阻低，
同时还要经济可行。 • 本章论述常用压裂液和添加剂的化学性质。
7.2 水基液
• 水基液特点—价廉、性良、易于控制。 • 水溶聚合物粘度受温度的影响较大。用交联剂取而代之即可显著增加聚
合物的有效相对分子质量，还可增加溶液的粘度。（见下图）
图1 温度和不同交联剂类型对胍胶溶液的影响
• 胍胶—是最初用于稠化压裂液的聚合物之一。它是一种有甘露糖和半乳 糖组成的长链高分子聚合物。其分子结构如下图所示：
图7 胶束缔合物
• VES的分裂机制—与烃类接触和由水成液体稀释。
• VES的优点—洗井后无残渣、对地层伤害小、渗透率增加较明显、无需添 加泡沫剂。
7.3 油基液
• 发展历程： 20世纪60年代—羧酸铝盐； 20世纪70年代—铝磷酸酯盐； 如今--铝磷酸酯化学剂；
• 铝磷酸酯聚合物稠化油的机理—“缔合机理”，如下图所示：
图2 胍胶的结构
• 在生产胍胶粉的过程中，利用丙烯氧化物可得到胍胶的衍生物，即羟丙 基胍胶（HPG）。如下图：
• 羟丙基的取代作用使HPG在高温下比胍胶更稳定，故HPG更适用于高温井 （大于150ºC）
图3 羟丙基胍胶重复单元结构
• 羧甲基羟丙基胍胶(CMHPG)也是一种胍胶衍生物。这种“双重衍生”的胍 胶既含有HPG的羟丙基官能团，也含有羧酸取代基。
图8 铝磷酸酯聚合物链的假想结构
• 对于铝磷酯凝胶： 改变铝化合物和磷酸酯的用量—可控制其粘度； 增加聚合物用量—可提高其粘度；
但相应会使粘度过高，难以吸出。解决方法有2种：
1.以即泵即混的方式添加胶凝物；
2.审慎的控制溶液的组分；
7.4 酸基液
• 酸压的效果取决于酸蚀裂缝的长度。 • 酸蚀裂缝的长度取决于酸液用量、酸反应速度、酸液滤失量。 • 而影响酸有效裂缝穿透的主要原因是酸液滤失量过多。
3.大于52%，高气体浓度使气泡表面 接触。
• 若要进一步提高气泡的稳定性，可用： 1.聚合物稠化液相； 2.胍胶、HPG及黄原胶； 3.交联聚合物中的水相；
7.5.2 乳化液
• 它是两种不融和相的分散体系。 • 它是高度粘稠溶液，具有良好的传输性。 • 常用的乳化剂压裂液为聚乳化液。
1.聚乳化液由67%的碳氢化合物作内相， 33%的稠化盐水作外相；
• 胶凝酸控制酸液滤失
胶凝酸的常用稠化剂有：黄原胶生物聚合物、各种丙烯酰胺共聚物和 通过胶束缔合而稠化的酸液的某些表面活性剂。
各种稠化剂的优点和局限性： ➢ 温度大于50ºC时，胍胶和纤维素基稠化剂缺乏稳定性； ➢ 黄原胶生物聚合物可在温度高达90ºC时使用； ➢ 更高温度下，使用丙烯酰胺共聚物； ➢ 表面活性剂用作稠化剂时在剪切作用下相当稳定。同时产生的废酸的粘
7.5 多相液
7.5.1 泡沫液 应用泡沫的优点：
• 能加速支撑裂缝中液体的回收率； • 在水敏地层中泡沫液的效果明显； • 泡沫产生的假塑性液体在低渗地层中能够很好控制液体滤失。
• 评价泡沫性能用泡沫质量：
•
对于不同泡的泡沫沫质质量量：
气体体积 泡沫体积
*100
1.低于52%，没有流动阻力。
2.在52%~95%之间，泡沫长变成薄雾， 气体为连续相。
• 用粘弹性表面活性剂（VES）（如下图）与之配制可改善聚合物在高温环 境的功能。
图6 粘弹性表面活性稠化剂的分子和结构式
• VES的作用机理是：
1.将其加入水中时，它会缔合成胶束结构。（见 下图）
2.水相环境盐度适宜，胶束成杆状。
3.水相环境有足够的盐度，胶束缔合，运动受阻， 使液体既有粘性又有弹性。